建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計方法

1、<p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計方法</p><p>　　摘要：鋼結(jié)構(gòu)因其強度高、自重輕、構(gòu)件標準化、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，在我國的建筑工程項目建設當中已被廣泛應用，并隨著相關體系的建立與重點項目的開發(fā)，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得了一定的發(fā)展。但在建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設計上還存在一定的問題，這也是工程建筑的穩(wěn)定性受到影響的主要原因，因此在建筑鋼結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定性的設計上，要積極采取措施，規(guī)避可能出現(xiàn)的問題。本文通過分析建

2、筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計中的影響因素，對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計的方法做了詳細闡述。 </p><p>　　關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性；構(gòu)件；抗震；強度中圖分類號：TU391文獻標識碼：A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身強度高，在充分利用鋼構(gòu)件截面面積及材料強度的情況下，往往因為構(gòu)件長細比較大、穩(wěn)定系數(shù)較小，

3、使得構(gòu)件因喪失穩(wěn)定性而破壞整個建筑結(jié)構(gòu)。在這里的穩(wěn)定與強度并不是同一個范疇的概念，強度指的是應力方面的問題。穩(wěn)定則是指變形方面的問題，鋼結(jié)構(gòu)當中的構(gòu)件內(nèi)部所承受的抵抗力與外部所承受的荷載兩者是不平衡的，穩(wěn)定性設計的關鍵在于在不平衡的受力當中，尋在一個相對平衡的契合點，以避免鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變形，造成失穩(wěn)，進而破壞建筑結(jié)構(gòu)。本文將具體闡述鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計中的相關要點。 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點 <

4、;/p><p>　?。ㄒ唬┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點 </p><p>　　1、鋼結(jié)構(gòu)材料的抗震性高 </p><p>　　在工程建筑中所使用的鋼結(jié)構(gòu)主要是由鋼板、冷加工的薄型鋼板或是熱軋型鋼等材料制作而來的，所以與混凝土制成的結(jié)構(gòu)相比具有重量輕、延展性強的優(yōu)點。鋼構(gòu)件因其良好的延展性能、使得鋼結(jié)構(gòu)工程具有相對較高的抗震性。 </p><p>　　2、鋼結(jié)

5、構(gòu)材料的精確度高 </p><p>　　對于大跨度的建筑，常常采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因為這種材料的結(jié)構(gòu)具有較高的韌性和可塑性。如果在建筑的過程中需要較高的穩(wěn)定性，那么就更應該采用這種鋼結(jié)構(gòu)，因為這種材料在一定范圍內(nèi)的應力幅度具有很強的彈性，所以如果建筑需要非常精確的施工，那么這種鋼建筑在受力的情況下與工程建筑的力學計算方法比較符合，與混凝土結(jié)構(gòu)相比更加精確，所以可以被廣泛使用。 </p><p>

6、;　　3、鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工簡便 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)的制作過程及方法比較簡便。鋼材的強度和密度均比混凝土大，但在相同跨度且承受相同荷載的情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件比混凝土構(gòu)件的總重量要輕很多，使用鋼結(jié)構(gòu)建筑將有利于降低材料的運輸及吊裝成本。 </p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標準化，有利于大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，在工廠內(nèi)標準化制作完成后現(xiàn)場拼接安裝，將會很大程度上提高建筑的施工速度。同時

7、，相對于混凝土結(jié)構(gòu)施工中的鋼筋綁扎、支模板、混凝土澆筑、養(yǎng)護等復雜的施工工藝來講，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程明顯體現(xiàn)出了簡便、效率高等優(yōu)點。 </p><p>　?。ǘ┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)的缺點 </p><p>　　首先，鋼材本身存在著不足，特別是在耐火性及抗腐蝕性能方面、鋼材的抵抗能力均不高；因此，在建筑結(jié)構(gòu)采用運用鋼結(jié)構(gòu)時，需要對其進行嚴密防護，這樣一來就需要花費較高的成本。 </p>

8、<p>　　其次，在耐熱性能方面，鋼結(jié)構(gòu)雖然具有一定耐受能力，但如果在對其進行施工時，溫度已經(jīng)達到150攝氏度，則已經(jīng)超過鋼結(jié)構(gòu)的耐受能力，進而導致其出現(xiàn)變形等不良狀況，因此需要將隔熱層作為保護手段。 </p><p>　　再次，鋼結(jié)構(gòu)的強度雖然很高，但是由鋼結(jié)構(gòu)所制造的構(gòu)件卻不具備太高的強度，這是因為鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通常以薄壁形式出現(xiàn)，構(gòu)件的橫截面積也相對較小，在施工中受到較大負荷的情況下，穩(wěn)定要求以及

9、強度要求都比較難以滿足。 </p><p>　　影響建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素分析 </p><p>　　（一）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載強度的影響 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到其構(gòu)件承載強度的影響，其中也包括構(gòu)件材料的應力強度、截面面積、截面形狀特征等。整體結(jié)構(gòu)的支撐力與抗扭力性能也十分重要，包括在建模設計中為了對結(jié)構(gòu)進行分析所提的假設、數(shù)學模型、邊界條件以及目前技術水

10、平難以在計算中反映的種種因素，所導致的理論值與實際值的差異，都是影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，這些在穩(wěn)定性設計時都是必須考慮的。 </p><p>　　（二）軸力和彎矩的耦合效應不能正確反映 </p><p>　　目前鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計中存在的問題是大跨度結(jié)構(gòu)設計中如何反映軸力和彎矩的耦合效應。一般情況下，大跨度結(jié)構(gòu)設計中取一個穩(wěn)定安全系數(shù)，不一定能真實的反應網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，因此，預張拉結(jié)

11、構(gòu)體系的穩(wěn)定設計理論還很不完善的狀況下，整體與局部的穩(wěn)定性之間的相互作用關系也是值得研究的問題。 </p><p>　　（三）穩(wěn)定性理論不完善 </p><p>　　對于鋼結(jié)構(gòu)來說，其穩(wěn)定理論也不是十分完善。通常人們在設計時是從完善的角度思考，很多偶然因素并沒有考慮進去，這往往對其穩(wěn)定性容易造成嚴重的影響。在實際工程施工中，因為大部分局限于結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性，會引起結(jié)構(gòu)響應的顯著差異，所以

12、，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計應著眼于考慮隨機參數(shù)的結(jié)構(gòu)極值失穩(wěn)、干擾型屈曲、跳躍型失穩(wěn)問題的研究，才能確保鋼結(jié)構(gòu)應用順利進行。 </p><p>　　建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計的相關方法 </p><p>　?。ㄒ唬┙ㄖ摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計應遵循的原則 </p><p>　　在進行鋼結(jié)構(gòu)設計的過程中，要綜合考慮建筑的實際情況、以及在其使用過程中的一些具體的要求，以最大限度的確保所設計的

13、鋼結(jié)構(gòu)可以很好的符合標準。在進行設計的過程中，應當滿足穩(wěn)定性和強度的前提下，最大可能的減少鋼材的使用量。通過減少材料使用量而減少結(jié)構(gòu)自重，從而達到在出現(xiàn)較大負荷的情況下，鋼結(jié)構(gòu)具備良好承載能力的目的。在開展施工的過程中，應當最大限度的減少不必要的安裝實踐和制造實踐，以便可以更好的運輸和維護鋼結(jié)構(gòu)，使得總的成本能夠有效的降低。 </p><p>　　除此之外，所設計的鋼結(jié)構(gòu)還應該具備一定的審美價值。 </p&

14、gt;<p><b>　　（二）設計方法 </b></p><p><b>　　1、綜合考量 </b></p><p>　　在布置建筑鋼結(jié)構(gòu)的形式時，需要綜合考量鋼結(jié)構(gòu)中不同組成部分所需求的穩(wěn)定性、以及建筑整體穩(wěn)定性能等多項內(nèi)容。目前在我國設計鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形式時，通常將平面體系范圍作為設計的出發(fā)點，例如框架結(jié)構(gòu)。所以在計算鋼結(jié)構(gòu)平面

15、穩(wěn)定的設計值時，應確保其與計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的方法相同，例如在計算前者時，應考慮到是否增加計算支撐構(gòu)件受力強度等。 </p><p><b>　　2、計算方法 </b></p><p>　　實際計算時的計算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設計簡圖、應與計算實體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所依據(jù)的簡圖保持一致。在一般情況下，分析框架所具有的穩(wěn)定性水平以及分析框架結(jié)構(gòu)的工作都比較粗糙，部分建筑工程甚至不進行

16、該項工作，僅僅是計算框架柱設計時的穩(wěn)定值。因為計算桿件穩(wěn)定值時所依據(jù)的模型，均為假設模型或簡化模型，所以為了確保計算鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定值符合要求，則應使計算方法所依據(jù)的穩(wěn)定設計簡圖與計算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平所依據(jù)的簡圖保持相同。 </p><p>　　3、鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面布置要對稱與規(guī)則 </p><p>　　在設計住宅的鋼結(jié)構(gòu)時，應注意鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅分為多層住宅與低層住宅兩種，別墅為低層住宅，而公

17、寓則為多層住宅。相關標準中提出，鋼結(jié)構(gòu)類型的住宅宜控制在12層以下，以滿足抗壓以及抗震要求。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置形式直接影響著建成后建筑的抗震性能，所以在布置鋼結(jié)構(gòu)平面時，力求做到對稱、規(guī)則布置，受力傳遞明確，避免在出現(xiàn)地震時，遭到較大的破壞。 </p><p>　　應用計算機做輔助工具 </p><p>　　當前，計算機設計軟件技術得到了較快的發(fā)展，因此，可以在設計鋼結(jié)構(gòu)時，應用計算機作為輔

18、助工具，并在計算機的幫助下完成整體穩(wěn)定以及平面構(gòu)件強度的計算；設計人員則只需計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)強度，考慮合理的結(jié)構(gòu)布置及支撐設置。因此計算機的介入使得穩(wěn)定性設計過程變得相對方便，工作效率也得以提高。 </p><p><b>　　加固方法 </b></p><p>　　目前，根據(jù)實際經(jīng)驗，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性加固的設計方式可以從改變結(jié)構(gòu)計算圖形、調(diào)整荷載分布形式、加大結(jié)

19、構(gòu)截面以及連接強度等幾個方面著手，進一步的保證鋼結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定進行。 </p><p>　　通常我們所說的改變鋼結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法就是利用荷載分布狀況、邊界條件等，通過增設附加桿件和支撐點，對其施加預應力，而進一步的保證其穩(wěn)定性的方式。這種方式要考慮到空間協(xié)調(diào)因素的應用，增加支撐點形成一定的空間結(jié)構(gòu)，通過提高剛度和承載力的方式提高其穩(wěn)定性，使之能承受大部分水平力，以減輕其它柱列的負荷，并在塔架等結(jié)構(gòu)中設置拉桿

20、或適度張緊的拉索以加強結(jié)構(gòu)的剛度。 </p><p>　　在設計中還可以采用對受彎桿件改變其界面內(nèi)力的方式對鋼結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定加固。例如變鉸接為剛結(jié)，增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置等。特別需要注意的是采用加大截面加固鋼構(gòu)件時，所選截面形式應有利于加固技術，并要求考慮已有缺陷和損傷等狀況。 </p><p><b>　　參考文獻 </b>

21、;</p><p>　　[1]董建設.小議現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)的設計與安裝[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2010.14. </p><p>　　[2]夏道偉，陳淑鵬.鋼結(jié)構(gòu)建筑成為綠色建筑的發(fā)展方向[J].新建設（現(xiàn)代物業(yè)上旬刊），2013.11. </p><p>　　[3]周桓，劉冰.淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工與質(zhì)量控制措施[J].黑龍江科技信息，2009.25.